JPH02259702A

JPH02259702A - 偏光回折素子

Info

Publication number: JPH02259702A
Application number: JP1081707A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Yoshida; 吉田　圭男; Takahiro Miyake; 隆浩三宅; Yasuo Nakada; 泰男中田; Yukio Kurata; 幸夫倉田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1990-10-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、光ピツクアップなどに用いられる回折素子に
係り、詳しくは、入射光を異なる偏光成分の光束に分離
する偏光回折素子に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、格子間隔が光の波長程度に形成された回折格
子は、偏光特性を有することが知られている（に、Ｙｏ
ｋｏｍｏｒｉ、”Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｓｕｒｆａｃ
ｅ−ｒｅｌｉｅｆｇｒａｔｉｎｇｓ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇ
ｈ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ。

Ａｐｐｌｙｅｄ　０ｐｔｉｃｓ　Ｖｏｌ、２３．Ｎｏ、
１４．ｐｐ２３０３．１９８４）。

第５図に示すように、偏光回折素子２１は、ガラスなど
の透明な基板２２の一方の面に、格子間隔が入射光の所
定の波長程度に形成されて偏光特性を有する回折格子２
３が、二光束干渉法などの方法により形成されている。

回折格子２３は、例えば、フォトレジストからなり、そ
の厚さおよび格子間隔がそれぞれ２μｍ、０．５μｍに
設定されている。また、回折格子２３は、Ｐ偏光成分を
ほぼ１００％透過させるとともに、Ｓ偏光成分をほぼ１
００％回折させるように作製されている。

このような偏光回折素子２１に、例えば波長が０．８μ
ｍの入射光２４をブラッグ角で入射させると、入射光２
４のうちＰ偏光成分がＯ次回折光２４ａとして回折格子
２３を透過し、１次回折光２４ｂとして回折されること
はほとんどない。一方、入射光２４のうちＳ偏光成分が
１次回折光２４ｂとして回折格子２３により回折され、
０次回折光２４ａとして透過することはほとんどない。

また、このようにして分離された０次回折光２４ａおよ
び１次回折光２４ｂの偏光成分を検出するには、それぞ
れを集光レンズ２５・２６を介して光検出器２７・２８
に集光させて行う。

上記のように回折格子２３は、異なる偏光の光を分離す
る特性を有するので、光磁気記録再生装置における光ピ
ツクアップの偏光ビームスプリッタとして利用すること
ができる。偏光ビームスプリンタに偏光回折素子２１を
用いれば、部品点数を少なくして光ピツクアップの小型
・軽量化を図ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記従来の偏光回折素子２１では、回折格子
２３による回折光の回折角は入射光２４の波長に依存す
るので、例えば光源にレーザダイオードを用いた場合、
レーザダイオードから出射される光の波長が周囲の温度
変化により変化して上記回折角が変化してしまう。

例えば、入射光２４の波長が所定の波長であるとき、１
次回折光２４ｂは所定の回折角で回折され、集光レンズ
２６により光検出器２８に正しく集光される。このとき
、周囲温度が低下してそのときの入射光２４の波長が上
記所定の波長より小さくなると、回折角もそれに伴って
小さくなり、回折格子２３により回折された１次回折光
２４ｂは、図中の二点鎖線に示すように所定の光路から
大きく外れて進む。このため、１次回折光２４ｂが光検
出器２８の所定の位置に集光されなくなり、Ｓ偏光成分
の検出が行えなくなるという不都合が生じる。

上記のように、偏光回折素子２１は、回折格子２３の格
子間隔が波長程度に設けられているので、入射光２４の
波長がわずかに変化しただけで回折角が大きく変化し、
１次回折光２４ｂの光路を移動させることになる。そこ
で、光検出器２日の受光部を大きくして、光路の外れた
１次回折光２４ｂを受光させることが考えられるが、偏
光回折素子２１を光検出器２８とともに光ピツクアップ
に組み込む場合、光ピツクアップも大型になるので、光
ピツクアップの小型・軽量化を図るうえでマイナス要因
となる。また、光検出器２８を大きくしても、光検出器
２８には１次回折光２４ｂの集光点が入射光２４の波長
の変化によって一定の位置に形成されなくなり、Ｓ偏光
成分の検出精度が低下するという問題点も生じる。

さらに、１次回折光２４ｂを回折する回折角が１００″
前後となるので、１次回折光２４ｂと０次回折光２４ａ
とが大きく離れて進むこととなるため、光検出器２７・
２８を互いに離間した位置に設けなければならない。こ
のため、光ピツクアップが大型になり、上記の場合と同
様光ピツクアップの小型・軽量化を図ることが困難とな
っていた。

ところで、回折格子２３は、Ｐ偏光成分をほぼ１００％
透過させ、Ｓ偏光成分をほぼ１００％回折させるように
作製されるが、実際には、入射光２４が１つの回折格子
２３のみに入射する場合、Ｐ偏光成分がＯ次回折光２４
ａとして透過する際の回折効率η。９、およびＳ偏光成
分が１次回折光２４ｂとして回折される際の回折効率η
１．はともに０．９９程度である。このため、回折格子
２３を透過したＯ次回折光２４ａには、０．０１程度の
回折効率η。、で回折格子２３を透過したＳ偏光成分が
わずかに含まれる。また、回折格子２３により回折され
た１次回折光２４ｂには、０．０１程度の回折効率η、
ｐで回折格子２３により回折されたＰ偏光成分がわずか
に含まれる。

このように、１つの回折格子２３に入射光２４を分離さ
せた場合、所望の偏光成分におけるそれ以外の偏光成分
の割合、すなわち偏光度は、０次回折光２４ａにおいて
回折効率η６ｐに対する回折効率η。、の比で表され、
１次回折光２４ｂにおいて回折効率η、に対する回折効
率η１９の比で表される。これに従って、０次回折光お
よび１次回折光における偏光度を求めると、ともに約０
．０１となりＰ偏光成分とＳ偏光成分との分離度が実用
できる程度に十分満足しうるものであるとはいえない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る偏光回折素子は、上記課題を解決するため
に、入射光の所定の波長程度の幅を有する格子間隔で形
成された第１の回折格子と第２の回折格子とが、それぞ
れ平板状の基板における異なる面に設けられており、上
記第１の回折格子と第２の回折格子とは、互いに等しい
格子間隔を有し、かつ、互いの格子方向が一致するよう
に形成されていることを特徴としている。

〔作　用〕

上記の構成により、偏光回折素子に所定の波長の入射光
が入射すると、この入射光のうち第１の回折格子を透過
したＯ次回折光は、さらに第２の回折格子も透過する一
一方、上記入射光のうち第１の回折格子により回折され
た１次回折光は、第２の回折格子に入射し、ここでさら
に回折される。入射光は、このようにして異なる偏光成
分の光束に分離される。

一般に、回折光の回折角は、回折格子の格子間隔と入射
光の波長とによって決まるので、第１の回折格子の格子
間隔と第２の回折格子の格子間隔とを互いに等しくすれ
ば、第１の回折格子による回折角と第２の回折格子によ
る回折角とが等しくなる。それゆえ、第１の回折格子に
より回折された１次回折光が、第２の回折格子に入射し
回折されると、０次回折光と平行になって偏光回折素子
から出射される。

ここで、例えば、入射光の波長が短くなると、第１の回
折格子および第２の回折格子による１次回折光の回折角
がともに小さ（なる。しかしながら、それぞれの回折格
子は、格子間隔が互いに等しく設けられているので、所
定の波長の入射光を入射させた場合と同様、上記回折角
が互いに等しくなり、１次回折光はやはり０次回折光と
平行に出射される。また、１次回折光は、上記回折角が
小さくなることにより、所定の光路から外れて基板内を
進むが、基板は薄く設けられているので、上記光路の外
れはごくわずかなものとなり、１次回折光が偏光回折素
子から出射する位置もわずかにずれるだけである。それ
ゆえ、このような偏光回折素子を光ピツクアップに組み
込む場合、１次回折光を集光レンズ等の光学系を介して
光検出器に集光させることにより、入射光の波長が変化
しても光検出器の所定の位置で１次回折光を検出するこ
とができる。

また、偏光回折素子により分離された０次回折光と１次
回折光とが平行に進むので、これらの偏光成分を検出す
る場合、検出のための光検出器を近接して設けて、光検
出器を設けるスペースを小さくすることができる。それ
ゆえ、偏光回折素子を光ピツクアップに組み込む場合、
光ピツクアップの小型・軽量化を容易に図ることができ
る。

さらｋこ、入射光を２つの回折格子を通過させることに
より、Ｏ次回折光および１次回折光における偏光度を小
さくして偏光成分の分離度を高め、偏光検出の精度を向
上させることができる。

〔実施例１〕本発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づいて説明
すれば、以下の通りである。

第１図に示すように、偏光回折素子１は、ガラス等から
なる透明、かつ、平板状の基板２の両面にそれぞれ回折
格子３・４が設けられている。回折格子３・４は、格子
間隔が入射光５０波長程度に設定されるとともに、いず
れも格子方向が図中の紙面と直交する方向と一致してい
る。また、回折格子３・４は、例えば、基板２をエツチ
ングを施すことにより、レリーフ型回折格子として作製
される。

第２図に示すように、回折格子３・４は、等しい格子間
隔り内に矩形状の凸部６・・・が形成されている。上記
回折格子３・４は、入射光５のうち、その電界が第１図
の紙面と平行に振動するＰ偏光成分をほぼ１００％透過
させるとともに、入射光５のうち、その電界が第１図の
紙面と直交する方向に振動するＳ偏光成分をほぼ１００
％回折させるように設けられている。このため、例えば
、第１図の入射光５の波長を０．８μｍとし、基板２の
屈折率ｎを１．５とした場合、格子間隔りが約０．５μ
ｍ、格子の深さもが約１μｍ、および格子間隔りに対す
る凸部６の幅り、の比、すなわちデューティＤ、／Ｄが
０．５に設定されている。

上記の構成において、入射光５が偏光回折素子１に入射
角θ１．で入射すると、Ｐ偏光成分は、０次回指光５ａ
として回折格子３・４を透過し、偏光回折素子１から出
射する。一方、入射光５のＳ偏光成分は、１次回折光５
ｂとして回折格子３により回折角θ１で回折され、さら
に回折格子４により回折角θ２で回折されて偏光回折素
子１から出射する。

このとき、上記回折角θ１　・θ２は、回折格子３・４
の格子間隔りと入射光５の波長により決まるので、回折
格子３・４が互いに等しい格子間隔りで形成されている
場合、回折角θ１　・θ２も等しくなり、０次回指光５
ａおよび１次回折光５ｂが偏光回折素子１から平行に出
射する。また、入射光の波長をλとしたときの、入射光
５の入射角θｉ１を θｔ＋＝ｓｉｎ　−’　（λ／２Ｄ）なる式を満たす、いわゆるブラッグ角に設定しておけば
、上記入射角θｉｆを回折格子３により回折された１次
回折光５ｂが回折格子４に入射する入射角θｉｚと等し
くすることができ、回折格子３・４の特性をそろえやす
くなる。

次に、上記のように分離された０次回指光５ａおよび１
次回折光５ｂの検出について説明する。

第３図に示すように、０次回指光５ａの光路上には、偏
光回折素子１から所定の距離をおいて集光レンズ７が設
けられるとともに、所定の集光位置に光検出器８が設け
られている。一方、１次回折光５ｂの光路上には、偏光
回折素子１から所定の距離をおいて集光レンズ９が設け
られるとともに、所定の集光位置に光検出器１０が設け
られている。光検出器８・１０は、それぞれパッケージ
１１・１２内に配されている。

このような構成において、なんらかの原因で入射光５の
波長が所定の波長より短くなると、回折角θ、・θ２が
ともに小さくなり回折角θ。

θ２′となる。このため、回折格子３により回折された
１次回折光５ｂは、図中二点鎖線で示すように所定の光
路から外れて進み、回折格子４に入射する位置もずれる
ことになる。しかしながら、基板２は薄く設けられてい
るので、上記光路の外れはごくわずかなものとなり、１
次回折光５ｂが偏光回折素子１から出射する位置もわず
かにずれるだけである。また、前記のように、回折格子
３・４の格子間隔は互いに等しいので、回折角θ。

・θ２′も同様に等しくなり、１次回折光５ｂは０次回
指光５ａと平行に偏光回折素子１から出射される。それ
ゆえ、入射光５の波長が小さ（なっても、偏光回折素子
１における１次回折光５ｂの出射位置に大きくずれが生
じることなく、１次回折光５ｂを集光レンズ９により光
検出器１０の所定の位置に集光させることができる。

さらに、回折格子３・４による偏光度について説明する
。

第１図に示すように、入射光５が回折格子３を透過した
Ｏ次回指光５ａは、実際には、回折効率η。２で透過し
たＰ偏光成分以外に、回折効率η。。

で透過したＳ偏光成分がわずかに含まれている。

このときの偏光度は、回折効率η。２・η０．をそれぞ
れ０．９９および０．０１とすると、約０．０１となる
。

そして、回折格子３と同じ回折効率η。２・η。５を有
する回折格子４に上記０次回指光５ａが入射すると、回
折効率η。、・η。３がそれぞれ二乗され、Ｐ偏光成分
が回折効率η。ｐ′で透過し、Ｓ偏光成分が回折効率η
。Ｓ′で透過する。そこで、上記と同様に０次回指光５
ａの偏光度を求めると約０゜０００１となり、例えば、
回折格子３のみを透過した場合に比べ１／１００の値と
なる。

一方、入射光５は、Ｐ偏光成分の回折効率ηＩｐおよび
Ｓ偏光成分の回折効率η、５で回折格子３により１次回
折光５ｂとして回折される。そして、この１次回折光５
ｂは回折格子４に入射し、Ｐ偏光成分が回折効率ηｔｐ
ｔで回折され、Ｓ偏光成分が回折効率η、３′で回折さ
れる。従って、回折効率η、ｐ・η、をそれぞれ０．０
１および０．９９とすると、１次回折光５ｂの偏光度は
回折格子３で約０．０１となり、回折格子４で約０．　
ＯＯＯ１となる、これは、０次回指光５ａに含まれるＳ
偏光成分がほとんどないと考えてよいほど小さくなり、
１次回折光５ｂに含まれるＰ偏光成分も同様に小さくな
ることを意味している。

従って、上記のように、入射光５を回折格子３・４に通
過させることにより、入射光５におけるＰ偏光成分とＳ
偏光成分との分離度を実用に十分満足しうる程度に高く
することができる。

〔実施例２〕続いて、本発明の他の実施例を第４図に基づいて説明す
る。なお、前記実施例１と同様の機能を有する部材には
、同一の番号を付記しその説明を省略する。

第４図に示すように、０次回指光５ａおよび１次回折光
５ｂをともに集光する集光レンズ１３が、それぞれの回
折光の光路上に設けられるとともに、集光レンズ１３に
よる所定の集光位置に光検出器８・１０が同一のパッケ
ージ１４内に配されている。

このような構成では、Ｏ次回指光５ａおよび１次回折光
５ｂを１つの集光レンズ１３により、両部光成分のほぼ
中間位置に集光させて、光検出器８・１０を同一のパッ
ケージ１４内の基板部に並べて配置したり、Ｓｔ等の単
一の半導体基板上に形成するなどして近接して配置する
ことができる。

なお、本実施例および前記実施例１の偏光回折素子１で
は、回折格子３・４を基板２の両面に工°ツチングによ
り形成しているが、これ以外に、例えばフォトレジスト
などで形成してもよいのは勿論である。また回折格子３
・４の格子の形状も１、第２図に示すような矩形に限定
されるものではない。

〔発明の効果〕

本発明に係る偏光回折素子は、以上のように、入射光の
所定の波長程度の幅を有する格子間隔で形成された第１
の回折格子と第２の回折格子とが、それぞれ平板状の基
板における異なる面に設けられており、上記第１の回折
格子と第２の回折格子とは、互いに等しい格子間隔を有
し、かつ、互いの格子方向が一致するように形成されて
いる構成である。

これによれば、入射光は、第１の回折格子および第２の
回折格子により異なる偏光成分の光束として分離されて
、偏光回折素子から常に平行に出射される。それゆえ、
入射光の波長が変化しても上記偏光成分の光束間の平行
関係を保つことができる。

従って、偏光回折素子を光ピツクアップに組み込む場合
、異なる偏光成分を検出する光検出器を近接した位置に
設けることにより、光ピツクアップの小型化を図ること
ができる。また、集光レンズ等の光学系を介して、それ
ぞれの偏光成分を光検出器の所定の位置に導くことによ
り、偏光成分の検出精度を向上させることができるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示すものであ
って、第１図は偏光回折素子の構成および偏光回折素子
による入射光の回折の状態を示す縦断面図、第２図は回
折格子の構成を示す第１図の部分拡大図、第３図は偏光
回折素子により分離された偏光成分を検出する構成を示
す縦断面図、第４図は本発明の他の実施例を示すもので
あって、偏光回折素子により分離された偏光成分を検出
する構成を示す縦断面図である。第５図は従来例の偏光回折素子の構成および偏光回折素
子による入射光の回折の状態を示す縦断面図である。２は基板、３・４は回折格子である。特許出願人　　　　　シャープ　株式会社纂図罵図某！フ１

Claims

【特許請求の範囲】

１、入射光の所定の波長程度の幅を有する格子間隔で形
成された第１の回折格子と第２の回折格子とが、それぞ
れ平板状の基板における異なる面に設けられており、上
記第１の回折格子と第２の回折格子とは、互いに等しい
格子間隔を有し、かつ、互いの格子方向が一致するよう
に形成されていることを特徴とする偏光回折素子。